计算机指令系统：从CISC到RISC的演变与性能追求

"计算机：第四章 指令系统.pdf" 指令系统是计算机科学的基础，它是硬件和软件之间的桥梁，决定了计算机硬件的设计以及软件的编写方式。在计算机系统中，指令扮演着至关重要的角色，因为它们是计算机执行任何操作的基础。本章详细探讨了指令系统的发展历程、性能需求及其组成部分。 1. 指令的地位： - 指令系统是硬件和软件设计之间的关键接口，硬件通过实现指令集来完成计算任务，而软件开发者则依赖这些指令来编写各种系统软件和应用程序。 - 它是硬件设计者和软件开发者之间沟通的媒介，定义了他们的工作界限。 2. 指令的分类： - 微指令：位于硬件层面，是微程序级别的命令。 - 宏指令：由多个机器指令组成，属于软件层面，提供更高级别的抽象。 - 机器指令：位于这两者之间，通常指的就是指令系统中讨论的基本指令，能完成单一的运算或逻辑操作。 3. 指令系统的发展： - 复杂指令系统计算机（CISC）：早期的计算机倾向于拥有丰富的指令集，但这也带来了设计复杂、调试困难以及硬件资源浪费的问题。 - 精简指令系统计算机（RISC）：为了简化设计、提高效率，RISC架构应运而生，采用更简洁的指令集，更适合大规模集成电路（VLSI）的实现。 4. CISC到RISC的转变原因： - "2/8规则"指出，大约80%的程序只使用了20%的指令，这引发了对高效指令集的需求。 - RISC的出现降低了控制器设计的复杂度，提高了处理器性能。 5. 对指令系统的要求： - 完备性：指令系统必须足够丰富，使得程序员能够编写各种类型的程序，而不需依赖额外的软件支持。 - 有效性：高效的指令系统应当能够生成占用空间小、执行速度快的程序。这意味着在保证功能完整性的前提下，应追求更高的执行效率。 在设计计算机时，指令系统的选取至关重要，因为它不仅影响硬件设计，还直接影响到软件的性能。随着技术的发展，从CISC到RISC的转变反映了计算机设计哲学的变化，即追求更简洁、更高效的解决方案。同时，完备性和有效性的平衡也是指令系统设计时需要不断权衡的关键点。